海洋上空飞行自组织网络(FANET)中按需路由协议的研究

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近年来海洋的价值饱受关注,海面信息传输变得至关重要。在传统的海上通信中,信号传输受海面环境影响较大,通信效率低且能耗高。在海洋上空部署由灵活、约束小的无人机构成的FANET,则可以进行紧急救援、船只监控等工作。海洋区域广且几乎没有基础设施,海洋上空无人机的运动速度高且动态变化范围大,导致拓扑结构变化频繁。在海上通信信道方面,会由于“雾衰”、“雨衰”而使链路质量降低,也将造成传输链路中断,导致拓扑动态变化。另外,因执行各种拍摄、勘测等特殊任务,无人机需要消耗更多的能量。路由协议是无线自组织网络不可或缺的一部分,现阶段经典路由协议适用于节点速度低、拓扑变化慢的传统无线网络。在海洋上空环境中采用经典路由协议可能会导致节点数据包接收率低、链路断裂频率增大等问题。其中按需路由协议虽然具有较大的传输率与较小的开销,但仍无法满足海洋FANET大范围、大拓扑变化的特点。因此需要研究适应海上FANET环境的动态、自适应的路由协议。本文主要工作和创新点如下:第一,根据蚁群优化算法的自组织性与鲁棒性,给出了海洋上空基于能量均衡的自适应AODV路由协议(Energy-balance-based Adaptive AODV,EA-AODV)。在路由发现阶段,同时考虑能量、拥塞程度、跳数三种参数,以选择合适的邻节点;在路由维护阶段引入能量阈值的概念以提高系统的稳定性。利用NS-3对EA-AODV进行了仿真。仿真结果表明改进的协议具有较高的数据传输率与较低的开销。第二,针对UAV上可获得地理位置信息但在海洋FANET中完全部署地理路由协议开销较大且信号不稳定的问题,基于EA-AODV路由协议基本概念,给出了海洋上空基于地理信息的改进AODV协议(Geographical Energy-balance-based Adaptive AODV,G-EA-AODV)。该协议首先进行路径预判,淘汰不合适的邻节点;其次计算TWR值作为判断下一跳的度量;最后给出三维状态下到期时间T减小时延。使用NS-3对G-EA-AODV进行的仿真验证表明改进的协议不仅提升了数据包接收率,同时降低了时延与开销。
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